3 2 Technisches Zeichnen - Abschnitt Toleranzen und Passungen Konstruktionstechnik WS 2012/13 Technisches Zeichnen Teil 2 Toleranzen Fertigungsverfahren Allgm. Toleranzen Passungen Dipl. Ing (FH) Daniel Kelkel Prof. Dr.-Ing. Bernd Heidemann Büro 7217 Tel 0681 5867 253 Email heidemann@htw-saarland.de Begrüßung

Übersicht 1 Wintersemester 2012/13 Raum 8025, Stunde 1 + 2, ab 7:45 Fr 07.12 Übung techn. System Toleranzen Fertigungsverfahren Fr 14.12. Toleranzen Teil 2 Übung zu Toleranzen heute Zeichenmaterial mitbringen 2

Abschnitt Toleranzen und Passungen – Übersicht Einführung Einsicht der Notwendigkeit Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit Toleranzen: Grundlagen, Einteilung, Festlegungen Maßtoleranz: Grundbegriffe Angabe von Maßtoleranzen Das ISO-Toleranzsystem Passungen: Grundlagen, Definition, Festlegungen Grenzpassungen Passtoleranz Passungsarten Passungssystem nach DIN ISO 286 Passungssystem der Einheitsbohrung Passungssystem der Einheitswelle Empfehlungen zur Passungsauswahl Beispiele Grundgedanken: Notwendigkeit von Grenzmaßen und Passungen ? Jede Geometrie exakt gleich ? Daher muss zu jeder geometrischen Eigenschaft die jeweilige zulässige Abweichung angegeben werden, mit der sie ausgeführt sein darf. Andererseits ist eine „vollständige Exaktheit“ der Geometrie der Werkstücke (Bauteile) aber oft auch nicht erforderlich. Meistens ist es für das Erfüllen der dem Bauteil zugedachten Funktion ausreichend, das Bauteil so zu fertigen, dass seine IST-Geometrie innerhalb bestimmter Grenzmaße, d.h. innerhalb eines Toleranzfeldes liegt, das die der Fertigung zugestandenen Abweichungen darstellt.

Toleranzen und Passungen – Einsicht zur Notwendigkeit Ein technisches System…

Toleranzen und Passungen – Einsicht zur Notwendigkeit … ergibt sich erst dann, wenn die Elemente zueinander passen. Miteinander gekoppelte Bauteile können unterschiedliche Funktionen erfüllen: Gleitlager und Welle => Funktion ? Zahnrad und Welle => Funktion ?

Toleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit Zielsetzung: Austauschbarkeit => unabhängige Fertigung Der Ausgangspunkt zu den weiteren Überlegungen ist die Fertigungsgenauigkeit. Ein Werkstück kann wirtschaftlich entsprechend dem technischen Aufwand bei der Herstellung nur mit kleineren oder größeren Abweichungen von der als ideal anzusehenden SOLL-Geometrie gefertigt werden. Ursachen für diese Abweichungen ergeben sich aus den Bedingungen des jeweiligen Fertigungsverfahrens. ? ?

Toleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit Zielsetzung: Austauschbarkeit Der Ausgangspunkt zu den weiteren Überlegungen ist die Fertigungsgenauigkeit. Ein Werkstück kann wirtschaftlich entsprechend dem technischen Aufwand bei der Herstellung nur mit kleineren oder größeren Abweichungen von der als ideal anzusehenden SOLL-Geometrie gefertigt werden. Ursachen für diese Abweichungen ergeben sich aus den Bedingungen des jeweiligen Fertigungsverfahrens.

Toleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit Beispiel „Drehen“: Geometrieabweichungen und Ursachen

Toleranzen und Passungen – Einflüsse auf die Fertigungsgenauigkeit Konstrukteur verwendet idealisierte Teile für Entwurf Durch Herstellung entsteht Abweichung von idealisierten Form Herstellung von verschiedenen Fertigern möglich Je genauer die Fertigung sein muss, desto aufwendiger ist das Verfahren Ziel: Teile müssen so genau gefertigt werden, dass sie zusammen passen und dennoch wirtschaftlich sind Wirtschaftlichkeit

Exkurs - Fertigungsverfahren Welche Fertigungsverfahren sind bekannt?

Einteilung der Geometrieabweichungen Die Geometrieabweichungen können sich beziehen bezüglich der Grobgestalt auf => Maß, Form und Lage bezüglich der Feingestalt auf die => Beschaffenheit der Oberfläche hjhj

Abgeleitete Toleranzangaben Die im Einzelfall akzeptablen Maß-, Form und Lageabweichungen zur SOLL-Geometrie werden vom Konstrukteur festgelegt und in der technischen Zeichnung durch Toleranzangaben vermerkt. Unterscheidung: Maßtoleranzen Form- und Lagetoleranzen Angaben zur Oberflächenbeschaffenheit DIN EN ISO 1101 DIN EN ISO 1302 hjhj

Grundsatz und Bedingungen für die Toleranzfestlegung Grundsatz: Toleranzen so grob wie möglich und so fein wie nötig festlegen. Unabhängigkeitsprinzip nach DIN ISO 8015: Alle auf einer Zeichnung angegebenen Toleranzen müssen unabhängig voneinander eingehalten werden Vier Bedingungen: Funktionserfüllung Montierbarkeit Herstellbarkeit Prüfbarkeit Funktionserfüllung Das Werkstück muss seine Funktion während der gesamten vorgesehenen Gebrauchsdauer erfüllen. Dabei sind Verschleiß und gebrauchsbedingte Werkstoffveränderungen zu berücksichtigen. Montierbarkeit: Das Werkstück muss sich unabhängig vom Zulieferer zu jeder Zeit austauschen lassen. Herstellbarkeit: Das Werkstück muss sich innerhalb der Toleranzen möglichst genau und kostengünstig fertigen lassen. Prüfbarkeit: Das Werkstück muss sich möglichst einfach messen bzw. prüfen lassen. Dabei müssen die wesentlichen Funktions- und Montageeigenschaften erfasst werden können.

Maßtoleranzen – Grundbegriffe nach DIN ISO 286 N Nennmaß vorgegebenes SOLL-Maß (Nulllinie) I Istmaß das messbare Maß nach Fertigung GO oberes Grenzmaß = Höchstmaß GU unteres Grenzmaß = Mindestmaß T Maßtoleranz T = GO – GU AO oberes Abmaß AO = GO – N AU unteres Abmaß AU = GU – N Das Nennmaß N kann nie exakt gefertigt werden. Das Istmaß I ist das tatsächlich am Werkstück vorhandene Maß. Es kann größer oder kleiner sein. Die Maßtoleranz T definiert den Bereich zwischen den beiden Grenzmaßen Go und Gu, in welchem das Istmaß I liegen muss. Liegt das Istmaß I eines Bauteils außerhalb des durch die Maßtoleranz vorgegebenen Bereichs, so ist das Bauteil Ausschuss und darf nicht verwendet werden. hjhj

Angabe von Maßtoleranzen – Allgemeintoleranzen nach DIN ISO 2768-1 Tabelle 1 Grenzabmaße für Längenmaße Grenzabmaße in mm für Nennmaßbereich in mm Toleranzklasse 0,5 bis 3 über 6 30 120 400 1000 2000 4000 f (fein) ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,5 m (mittel) ± 0,8 ± 1,2 ± 2 g (grob) ± 2,0 ± 3 ± 4 v (sehr grob) ± 1 ± 1,5 ± 2,5 ± 6 ± 8 Bei Nennmaßen unter 0,5 mm sind die Grenzabmaße direkt am Nennmaß anzugeben. Durch die Wahl einer Toleranzklasse f-v soll/kann die jeweilige werkstattübliche Genauigkeit berücksichtigt werden. Im Schriftfeld der Zeichnung z.B. eintragen: Allgemeintoleranz ISO 2768 – f Allgemeintoleranzen gibt es auch für Rundungshalbmesser, Fasenhöhen und Winkelmaße.

Angabe von Maßtoleranzen – Allgemeintoleranzen nach DIN ISO 2768-1 Welche Toleranzen gelten für die einzelnen Maße ? Grenzabmaße in mm für Nennmaßbereich in mm Toleranz-klasse 0,5 bis 3 über 6 30 120 400 f (fein) ± 0,05 ± 0,1 ± 0,15 ± 0,2 m (mittel) ± 0,3 ± 0,5 g (grob) ± 0,8 ± 1,2 25 Darauf hinweisen, dass allgm. Toleranzen für äußere Abmessungen hinreichend sind Jedoch nicht für Passungsspiele oder Teile die andersartig funktional zusammen passen => Überleitung ISO Toleranzsystem Was gilt in diesem Fall für den Innendurchmesser? Warum? Welche Toleranz kann für eine passende Welle verwendet werden

Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 ...durch Nennmaß und Abmaße: Der Maßzahl, also dem Nennmaß N, wird das untere und obere Abmaß zugefügt. N Nennmaß = 30 mm AO oberes Abmaß = 0,2 mm AU unteres Abmaß = - 0,1 mm GO Höchstmaß = 30,2 mm GU Mindestmaß = 29,9 mm T Maßtoleranz = 0,3 mm (T = GO – GU) I Istmaß z.B. = 30,1 mm Weitere Bezeichnungen: E,e Abmaß allgemein AO oberes Abmaß = ES, es (écart supérieur) AU unteres Abmaß = EI, ei (écart inférieur) GoB = N + ES (Höchstmaß Bohrung) GuW = N + ei (Mindestmaß Welle) Analog: GuB , GoW hjhj Ø40±0,5 15°±1°

Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 - Darstellung

Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 ...mit dem ISO-Toleranzsystem: Nennmaß und (Kenn-) Buchstabe und (Kenn-) Zahl Grundgedanken des ISO-Toleranzsystem: Die erzielbare Herstellungsgenauigkeit ist auch von der Absolutgröße des jeweiligen Bauteils abhängig. Gleiche Herstellungsqualität ergibt bei größeren Bauteilen absolut gesehen größere Ungenauigkeiten als bei kleineren. Ansatz: Festlegung definierter Genauigkeitsklassen, der so genannten IT-Toleranzgrade. Diese werden mit Kennzahlen ausgedrückt. Wellendurchmesser Ø 30 h6 Bohrungsdurchmesser Ø 30 H7 hjhj

ISO-Toleranzsystem – Die IT- Zahlen u ISO-Toleranzsystem – Die IT- Zahlen u. fertigungstechnische Realisierung Grundtole- ranzgrade IT01 IT 0 IT 1 IT 2 IT 3 IT 4 IT 5 IT 6 IT 7 IT 8 IT 9 IT10 IT11 IT12 IT13 IT14 IT15 IT16 IT17 IT18 Die verschiedenen IT-Toleranzgrade können am Werkstück mit bestimmten Bearbeitungsverfahren erreicht werden: Maßtoleranzen einige 0,0001mm: Feinstbearbeitungsverfahren wie Läppen, Honen, Feinstschleifen Anwendung: Lehren, Meßzeuge Maßtoleranzen einige 0,01mm: Schleifen, Reiben, Feindrehen, Ziehen, Räumen, Fräsen, Hobeln, u.a. Anwendung: Übliche Passungen für das funktionsbedingte Fügen (Koppeln) von Bauteilen. hjhj Maßtoleranzen einige 0,1mm bis einige mm: Stanzen, Walzen, Pressen, Schmieden, Gießen, u.a. Anwendung: Erzeugnisse aus obigen Fertigungsverfahren, also Gussteile, Schmiedeteile, Stanzteile.

Das ISO-Toleranzsystem – Grundtoleranzen Grundtoleranzen (Ausschnitt) Zahlenwerte in μm Nennmaßbereich in mm bis 3 > 3 bis 6 > 6 bis 10 > 10 bis 18 > 18 bis 30 > 30 bis 50 > 50 bis 80 > 80 bis 120 > 120 bis 180 > 180 bis 250 IT01 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1 1,2 2 IT 0 1,5 IT 1 2,5 3,5 4,5 IT 2 4 5 7 IT 3 6 8 10 IT 4 12 14 IT 5 9 11 13 15 18 20 IT 6 16 19 22 25 29 IT 7 21 30 35 40 46 IT 8 27 33 39 54 63 72 IT 9 36 43 52 62 74 87 100 115 IT10 64 48 58 70 84 120 140 160 185 IT11 60 75 90 110 130 190 220 250 290 IT12 150 180 210 300 350 400 460 IT13 270 330 390 540 630 720 IT14 360 430 520 620 740 870 1000 1150 IT15 640 480 580 700 840 1200 1400 1600 1850 IT16 600 750 900 1100 1300 1900 2200 2500 2900 IT17 1500 1800 2100 3000 3500 4000 4600 IT18 2700 3300 3900 5400 6300 7200 Ausschnitt Grundtole- ranzgrade Anzahl von i Hinweis: Werte in ym!!!!!!!! Wdh: Was ist ein Micrometer??

ISO-Toleranzsystem – Die (Kenn-) Zahl ...gibt den (Grund-) Toleranzgrad IT an. Der Toleranzgrad IT legt die Größe des Toleranzfeldes T fest. Das Toleranzfeld T wird mit steigendem Toleranzgrad IT und mit größerem Nennmaßbereich größer. Ausschnitt hjhj

ISO-Toleranzsystem – Grundtoleranzen in Abhängigkeit vom Nennmaß (Kenn-) Zahl: Das Toleranzfeld wird mit steigendem Toleranzgrad IT und mit größerem Nennmaßbereich größer. Nennmaßbereiche: Grundtoleranzen in μm hjhj Grundtoleranzgrad IT

ISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe ...gibt die Lage des jeweiligen Toleranzfeldes relativ zur Nulllinie (Nennmaß N) an, in dem der Abstand zur Nulllinie definiert wird. Großbuchstaben A bis Z: ...für Innenpassflächen, z.B. Bohrungen, Nuten, ... Toleranzfelder A-H über Nulllinie, Grenzmaße > Nennmaß. Mindestmaß bei H-Feld = Nennmaß. Toleranzfelder M-ZC unter Nulllinie, Grenzmaße < Nennmaß. Kleinbuchstaben a bis z: ...für Außenpassflächen, z.B. Wellen, Nutensteine, ... Toleranzfelder a-h unter Nulllinie, Grenzmaße < Nennmaß. Höchstmaß bei h-Feld = Nennmaß. Toleranzfelder k-zc über Nulllinie, Grenzmaße > Nennmaß. Lage der ISO-Toleranzfelder für den Nennmaßbereich 18- 30mm. Hjhj Evt. Folie: Wie wird die Lage festgelegt?

ISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe Hjhj Evt. Folie: Wie wird die Lage festgelegt? Der Kenn-) Buchstabe… ...gibt die Lage des jeweiligen Toleranzfeldes relativ zur Nulllinie (Nennmaß N) in Abhängigkeit des Nennmaßbereichs an, indem das näher an der Nulllinie liegende Grenzabmaß vorgegeben wird. Tabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen. 16. Auflage

ISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe ...gibt die Lage des jeweiligen Toleranzfeldes relativ zur Nulllinie (Nennmaß N) in Abhängigkeit des Nennmaßbereichs an, indem das näher an der Nulllinie liegende Grenzabmaß vorgegeben wird. Beispiel: Wellendurchmesser Ø 30 h6 Bohrungsdurchmesser Ø 30 H7 +21 μm (gemäß IT 7) H7 O Nulllinie h6 -13 μm (gemäß IT 6) Hjhj Evt. Folie: Wie wird die Lage festgelegt? Nennmaß 30 Tabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen. 16. Auflage

ISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe Tabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen. 16. Auflage ISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe hjhj

ISO-Toleranzsystem – Der (Kenn-) Buchstabe hjhj Tabellenausschnitt aus: Roloff/Matek: Maschinenelemente, Tabellen. 16. Auflage

ISO-Toleranzsystem – Die (Kenn-) Zahl ...gibt den (Grund-) Toleranzgrad IT an. Der Toleranzgrad IT legt die Größe des Toleranzfeldes T fest. Das Toleranzfeld T wird mit steigendem Toleranzgrad IT und mit größerem Nennmaßbereich größer. Ausschnitt hjhj

Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 Wellendurchmesser Ø 30 h6 Bohrungsdurchmesser Ø 30 H7 ...mit dem ISO-Toleranzsystem: Nennmaß und (Kenn-) Buchstabe und (Kenn-) Zahl Das Zusammenwirken (Kenn-) Buchstabe und (Kenn-) Zahl: Der Toleranzbuchstabe gibt zunächst (unabhängig vom Toleranzgrad) das näher an der Nulllinie liegende Grenzabmaß vor. Sodann legt der Toleranzgrad IT die – mit dem Nennmaßbereich variable – Größe des Toleranzfeldes und damit das zweite Grenzabmaß fest. hjhj

Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 - Beispiel Welle Bohrung Wellendurchmesser Ø 30 h6 Bohrungsdurchmesser Ø 30 H7 30 h6 30 H7 N Nennmaß = 30,0 mm 30,0 mm AO oberes Abmaß = 0,0 mm 0,021 mm AU unteres Abmaß = - 0,013 mm 0,0 mm GO Höchstmaß = 30,0 mm 30,021 mm GU Mindestmaß = 29,987 mm 30,0 mm T Maßtoleranz = 0,013 mm 0,021 mm Toleranzfeldlagen relativ zur Nulllinie: +21 μm (gemäß IT 7) H7 O h6 -13 μm (gemäß IT 6) 30 hjhj 31

Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 - Beispiel Welle Bohrung Wellendurchmesser Ø 35 p5 Bohrungsdurchmesser Ø 35 H7 35 p5 35 H7 N Nennmaß = 35,0 mm 35,0 mm AO oberes Abmaß = ? mm ? mm AU unteres Abmaß = ? mm ? mm GO Höchstmaß = ? mm ? mm GU Mindestmaß = ? mm ? mm T Maßtoleranz = ? mm ? mm 35 ? 35 ? Toleranzfeldlagen relativ zur Nulllinie: H7 p6 O 35 Welle 30 h6 Bohrung 30 p7 Spiel ? Übermaß ?

Angabe von Maßtoleranzen nach DIN ISO 286 - Beispiel Welle Bohrung Wellendurchmesser Ø 35 p5 Bohrungsdurchmesser Ø 35 H7 35 p5 35 H7 N Nennmaß = 35,0 mm 35,0 mm AO oberes Abmaß = 0,037 mm 0,025 mm AU unteres Abmaß = 0,026 mm 0,0 mm GO Höchstmaß = 35,037 mm 30,025 mm GU Mindestmaß = 35,026 mm 30,0 mm T Maßtoleranz = 0,011 mm 0,025 mm 35 +0,037 35 + , 025 + , 026 Toleranzfeldlagen relativ zur Nulllinie: H7 p6 O 35 Welle 30 h6 Bohrung 30 p7 Spiel ? Übermaß ? 33

Passungen – Grundlagen und Begriffe Damit Bauteile ihre Funktion zweckentsprechend erfüllen können, müssen sie zueinander passen. Eine Passung (auch: Paarung zweier Passflächen) entsteht durch den Zusammenbau zweier zusammengehöriger Bauteile, z.B. Zahnrad auf einer Welle, Stift in einer Bohrung. Unterscheidung: Rundpassung und Flachpassung. Definition „Passung“: Die Passung P ist die Maßdifferenz von Innen- und Außenpassfläche vor dem Zusammenbau (Fügen) der Passteile. Die Passung P ist ein vorzeichenbehaftetes Längenmaß. Passungen des ISO-Passungssystems gelten für Rund- und Flachteile. hjhj Kriterien für Festlegung einer Passung: Funktionserfüllung gewährleisten Montage und Austauschbarkeit gewährleisten Die erforderliche Toleranzen müssen mit der vorhandenen Fertigungstechnik realisierbar sein.

Passungen – Übermaß- und Spielpassung Die Passteile haben je nach Lage des Maßunterschieds entweder Übermaß oder Spiel. Unterscheidung: Außenpassfläche Innenpassfläche Frage: Wie montiert man Übermaßpassungen? Wie verhalten sich die Bauteile / die Werkstoffe? Beispiel an Tafel vorbereiten für weitere Folien !!!!!!!!!!! Mit konkreten Werten Spiel PS bei Spielpassung: Maß der Innenpassfläche > Maß der Außenpassfläche Übermaß PÜ bei Übermaßpassung: Maß der Innenpassfläche < Maß der Außenpassfläche

Passungen – Grenzpassungen Die Maße der korrespondierenden Passflächen liegen an den Grenzen der jeweiligen Toleranzbereiche. Spielpassung Übermaßpassung hjhj Höchstspiel PSo = GoB – GuW (1) Mindestspiel PSu = GuB – GoW (1) Größter Bohrungsdurchmesser minus kleinster Wellendurchmesser. Mindestübermaß PÜo = GoB – GuW Höchstübermaß PÜu = GuB – GoW Legende: B = Bohrung (oder Außenteil mit Innenpassfläche) W = Welle (oder Innenteil mit Außenpassfläche)

Passungen – Grenzpassungen - Erläuterungen Benennung Definition Beispiel für zylindrische Passflächen Höchstspiel PSo bei Spiel die (positive) Differenz zwischen dem Höchstmaß der Innenpassfläche und dem Mindestmaß der Außenpassfläche größter Bohrungsdurchmesser minus kleinster Wellendurchmesser PSo = GoB – GuW Mindestspiel PSu bei Spiel die (positive) Differenz zwischen dem Mindestmaß der Innenpassfläche und dem Höchstmaß der Außenpassfläche kleinster Bohrungsdurchmesser minus größter Wellendurchmesser PSu = GuB – GoW Mindestübermaß PÜo bei Übermaß die (negative) Differenz zwischen dem Höchstmaß der Innenpassfläche und dem Mindestmaß der Außenpassfläche PÜo = GoB – GuW Höchstübermaß PÜu bei Übermaß die (negative) Differenz zwischen dem Mindestmaß der Innenpassfläche und dem Höchstmaß der Außenpassfläche PÜu = GuB – GoW hjhj

Passungen – Die Passtoleranz PT Die Passtoleranz PT ist eine aus den Grenzpassungen abgeleitete Größe. In Analogie zur Maßtoleranz T (Differenz zwischen Höchst- und Mindestmaß) ist die Passtoleranz definiert als die Differenz zwischen der Höchst- und der Mindestpassung. Die stets positive Passtoleranz ist die mögliche Schwankung des Spiels oder des Übermaßes zwischen den zu paarenden Teilen. Die Passtoleranz ist gleich der Summe der Maßtoleranzen von Innen- und Außenpassfläche. Es gelten die Zusammenhänge der nebenstehenden Tabelle. Höchstpassung Po Po = GoB – GuW = AoB – AuW Po > 0  Po = PSo Höchstspiel Po < 0  Po = PÜo Mindestübermaß Mindestpassung Pu Pu = GuB – GoW = AuB – AoW Pu > 0  Pu = PSu Mindestspiel Pu < 0  Pu = PÜu Höchstübermaß Istpassung Pi Pi = IB - IW = AiB - AiW Pi > 0 Istspiel Pi < 0 Istübermaß Passtoleranz PT PT = PO - PU = TB + TW Legende: B = Bohrung (oder Außenteil mit Innenpassfläche) W = Welle (oder Innenteil mit Außenpassfläche) hjhj

Passungen – Die drei Passungsarten 1. Spielpassung: Die Außenpassfläche hat stets ein kleineres Maß als die Innenpassfläche. Das Fügen der Passteile ist in jedem Fall mit geringen Kräften möglich. Die Innenpassfläche sitzt relativ lose auf der Außenpassfläche. 2. Übergangspassung: Das Istmaß der Außenpassfläche ist geringfügig kleiner oder größer als das Istmaß der Innenpassteile. Das Fügen der Passteile ist mit geringen Kräften möglich. Es entsteht ein enger, jedoch immer noch beweglicher Sitz der Innenpassfläche auf der Außenpassfläche, der gar kein oder ein nur geringes Spiel aufweist. 3. Übermaßpassung (früher: Presspassung): Die Außenpassfläche weist stets ein größeres Maß auf als die Innenpassfläche (Übermaß). Das Fügen der Passteile ist nur durch - unter Umständen erhebliche - Krafteinwirkung in Fügerichtung möglich. Nach dem Fügen ergibt sich ein mit Sicherheit spielfreier, fester Sitz der Innenpassfläche auf der Außenpassfläche. hjhj

ISO-Toleranzsystem – Kombinationsvielfalt = Variantenfülle Lage der ISO-Toleranzfelder für den Nennmaßbereich 18- 30mm. Hjhj Evt. Folie: Wie wird die Lage festgelegt?

Passungen – Das Passungssystem nach DIN ISO 286 Grundgedanken: Das ISO-Toleranzsystem stellt funktionsgerechte Passungen in Bauteilverbänden sicher. Die Kombinationsvielfalt wird durch so genannte Passungssysteme sinnvoll eingegrenzt. Es gibt 2 gebräuchliche Passungssysteme: Das Passungssystem Einheitsbohrung sowie das Passungssystem Einheitswelle. Zur Sicherstellung funktionsgerechter Passungen in Bauteilverbänden bedient man sich in der Regel des ISO-Toleranzsystems. Da die verschiedenen Toleranzfeldlagen (Kennbuchstabe) und Toleranzgrade (Kennzahl zur Festlegung der Größe des Toleranzfelds) in der (jeweils paarweisen) Kombination zu einer extrem großen Zahl an resultierenden Passtoleranzen führen würden und Messzeuge, insbesondere Grenzlehren infolge ihrer Genauigkeit teuer in der Anschaffung sind, wird diese Kombinationsvielfalt durch so genannten Passungssysteme sinnvoll eingegrenzt. Gebräuchlich sind die beiden Passungssysteme der Einheitsbohrung und der Einheitswelle. Hierbei wird abhängig von der Qualitätsanforderung entweder die Bohrungs- oder die Wellentoleranz festgelegt und die jeweils andere entsprechend der geforderten Funktion hinzugewählt. hjhj Abb.: Grenzlehrdorne

Grenzlehrdorn und Rachenlehre hjhj

Das Passungssystem Einheitsbohrung (EB) DIN 7154 Für die Innenpassfläche (Bohrung) wird einheitlich die Toleranzfeldlage H verwendet. Es sind nur 8 ISO-Toleranzklassen H6 bis H13 zugelassen Das gewünschte Passtoleranzfeld wird durch die Wahl der Toleranzfeldlage für die Außenpassfläche (Welle) festgelegt Gebräuchliches Standard-fertigungsverfahren: Bohren mit Wendelbohrer erzeugt H 11, Reiben mit Reibahle erzeugt H 7 hjhj Übermaß- passungen

Das Passungssystem Einheitswelle (EW) DIN 7155 Für die Außenpassfläche (Welle) wird einheitlich die Toleranzfeldlage h verwendet. Es sind nur 8 ISO-Toleranzklassen h5, h6, h8 bis h13 zugelassen. Das gewünschte Passtoleranzfeld wird durch die Wahl der Toleranzfeldlage für die Innenpassfläche (Bohrung) festgelegt Anwendung bei - fertigbearbeiteten Zukaufteilen - Halbzeugen (gezogene Stangen) mit h- Toleranzfeld hjhj Übermaß- passungen

Passungsauswahl – Anwendung wichtiger Toleranzklassenkombinationen System EB Einheitsbohrung System EW Einheitswelle Montagehinweise, Passcharakter, Anwendungsbeispiele Übermaßpassungen H8/x8 H8/u8 X7/h6 U//h6 Nur durch Erwärmen bzw. Kühlen fügbar. Auf Wellen festsitzende Zahnräder, Kupplungen, Schwungräder. Zusätzliche Sicherung gegen Verdrehen nicht erforderlich. H7/s6 H7/r6 S7/h6 R7/h6 Teile unter größerem Druck oder Erwärmen bzw. Kühlen fügbar. Lagerbuchsen in Gehäusen, Buchsen in Radnaben, Flansche auf Wellenenden. Übergangspassungen H7/n6 N7/h6 Teile unter Druck fügbar. Radkränze auf Radkörpern, Lagerbuchsen in Gehäusen und Radnaben, Kupplungen auf Wellenenden. Gegen Verdrehen zusätzlich zu sichern. H7/k6 K7/h6 Teile mit Hammerschlägen fügbar. Zahnräder, Riemenscheiben, Kupplungen, Bremsscheiben auf Wellenenden. H7/j6 J7/h6 Teile mit leichten Hammerschlägen oder von Hand fügbar. Für leicht ein- und auszubauende Zahnräder, Riemenscheiben, Buchsen. hjhj

Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband DIa > DAi Das übertragbare Drehmoment ist proportional zur Flächenpressung p. Kenntnis über den Zusammenhang zwischen Deformation der Teile beim Fügen und der Flächenpressung ist erforderlich. Grundsätzliche Unterscheidung: rein elastische oder teilweise plastische Beanspruchung Welle I = Innenteil i = innen a = außen Nabe A = Außenteil i = innen a = außen

Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Beispiel für Pressverbände: Radachse eines Förderwagens

ISO-Toleranzsystem Lage der ISO-Toleranzfelder für den Nennmaßbereich 18- 30mm. Hjhj Evt. Folie: Wie wird die Lage festgelegt?

Passungsauswahl – Anwendung wichtiger Toleranzklassenkombinationen System EB Einheitsbohrung System EW Einheitswelle Montagehinweise, Passcharakter, Anwendungsbeispiele Spielpassungen H7/h6 H8/h9 H11/h9 H9/h11 Teile von Hand noch verschiebbar. Für gleitende Teile und Führungen, Zentrierflansche, Reitstockpinole, Stell- und Distanzringe. H7/g6 G7/h6 Teile ohne merkliches Spiel verschiebbar. Gleitlager für Arbeitsspindeln, verschiebbare Räder und Kupplungen. H7/f7 H8/f7 F8/h6 F8/h9 Teile mit geringem Spiel beweglich. Gleitlager allgemein, Gleitbuchsen auf Wellen, Steuerkolben in Zylindern. H8/e8 E9/h9 Teile mit merklichem Spiel beweglich. Mehrfach gelagerte Welle, Kurbelwellen- und Schneckenwellenlagerung, Hebellagerungen. H8/d9 H11/d9 D10/h9 D10/h11 Teile mit reichlichem Spiel beweglich. Lagerungen an Bau und Landmaschinen, Förderanlagen, Grobmaschinenbau allgemein. H11/c11 H11/a11 C11/h9 C11/h11 A11/h11 Teile mit sehr großem Spiel beweglich. Lager mit hoher Verschmutzungsgefahr und bei mangelhafter Schmierung, Gelenkverbindungen. hjhj

Passungen – Ein Beispiel Innenpassfläche Außenpassfläche Allgm. Toleranz (f) Passmaß 25 H7 25 f7 25 Passsystem Tabellenwerte Nennmaß Oberes Abmaß -0,020 Unteres Abmaß 0,0 Höchstmaß Mindestmaß Maßtoleranz Istmaß, z.B. 25,010 24,970 Höchstspiel Mindestspiel Istspiel, z.B. Passungsart Passtoleranz

Passungen – Ein Beispiel Innenpassfläche Außenpassfläche Paarung / Passung Passmaß 25 H7 25 f7 25 H7/f7 Passsystem Einheitsbohrung Tabellenwerte Nennmaß 25 Oberes Abmaß +0,021 -0,020 Unteres Abmaß 0,0 -0,041 Höchstmaß 25,021 24,980 Mindestmaß 25,0 24,959 Maßtoleranz 0,021 Istmaß, z.B. 25,010 24,970 Höchstspiel +0,062 Mindestspiel +0,020 Istspiel, z.B. +0,040 Passungsart Spielpassung Passtoleranz 0,042

Beispiel Übermaßpassung – Drucköl-Preßverband Halde

Beispiel Übermaßpassung – Drucköl-Preßverband Beispiel Druck-Öl-Preßverband Animation siehe Bilder-Ordner unter Wellen-Naben-Verbindung Montage Kupplung auf Welle im Walzwerkbau

Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Beispiel für Pressverband: Eisenbahnrad mit Radreifen Das übertragbare Drehmoment ist proportional zur Flächenpressung p. Kenntnis über den Zusammenhang zwischen Deformation der Teile beim Fügen und der Flächenpressung ist erforderlich. Grundsätzliche Unterscheidung: rein elastische oder teilweise plastische Beanspruchung Eisenbahnreifen – die 3 Ringe bei Krupp!

Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Beschreibung: es werden zwei Teile gefügt, die vor dem Zusammenbau Übermaß Ü haben. DIa > DAi nach dem Fügen sind die beiden Durchmesser gleich dem Fugendurchmesser DF. die gleichmäßig über den Fugenumfang verteilte, radial gerichtete Flächenpressung p wird durch elastische Verformung von Welle und Nabe erzeugt. Die Flächenpressung p in der Fuge ist von der Größe des Übermaßes (UA, UI) und von den geometrischen Verhältnissen der Fügepartner (Voll- bzw. Hohlwelle) abhängig. Vorteile: einfache und preiswerte Herstellung. gute Ausnutzung, weil die gesamt Grenzfläche zwischen Welle und Nabe zur Übertragung herangezogen wird. Geringe Kerbwirkung Nachteile: Höhere Fertigungsgenauigkeit (Toleranzen, Oberflächen) Aufwand für die Montage (Erwärmen, Unterkühlen) Demontage schwierig... DIa > DAi Welle I = Innenteil i = innen a = außen Nabe A = Außenteil i = innen a = außen Beispiel für Pressverbände: Radachse eines Förderwagens Das übertragbare Drehmoment ist proportional zur Flächenpressung p. Kenntnis über den Zusammenhang zwischen Deformation der Teile beim Fügen und der Flächenpressung ist erforderlich. Grundsätzliche Unterscheidung: rein elastische oder teilweise plastische Beanspruchung

Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Anwendung und Einsatz: zum Übertragen großer wechselnder und stoßartiger Drehmomente T und Längskräfte FA Zahnräder und Kupplungsnaben auf Wellen Zahnkränze auf Radkörper Eisenbahn: Radreifen auf Radkörper ein Verstellen der Teile nach dem Fügen ist nicht mehr möglich T = das übertragbare Drehmoment DF = Fugendurchmesser l = Länge der Fügefläche μ = Haftbeiwert der Paarung pmin = Flächenpressung (Pressdruck, radiale Druckspannung) SR = Sicherheitsbeiwert gegen Durchrutschen (1,5 ... 2,0) FA = die übertragbare Axialkraft Das übertragbare Drehmoment ist proportional zur Flächenpressung p. Kenntnis über den Zusammenhang zwischen Deformation der Teile beim Fügen und der Flächenpressung ist erforderlich. Grundsätzliche Unterscheidung: rein elastische oder teilweise plastische Beanspruchung Eisenbahnreifen – die 3 Ringe bei Krupp! Beispiel für Pressverband: Eisenbahnrad mit Radreifen Zur Übertragung von T und FA: Dimensionierungsansatz

Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Längspresssitz: die Welle wird bei Raumtemperatur in die Nabe gepresst. auf (hydraulischer) Presse oder mit Hammerschlägen Einpressgeschwindigkeit niedrig ca. 2mm/s Werkstoff braucht Zeit zum Ausweichen und Verdichten. Fügeflächen einölen (sonst besteht bei gleichen Werkstoffen die Gefahr des Kaltverschweißens) die volle Tragfähigkeit wird erst nach einer Setzzeit von bis zu 2 Tagen erreicht. Beispiele Nagelverbindung (z.B. in Holz) Hilti-DX-Bolzentechnik (Briefbeschwerer mitbringen!) Abbildung: Haberhauer2001

Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Beim Querpresssitz wird zusätzlich unterschieden in: 1. Dehnpressverband: Innenteil (Welle) wird vor dem Fügen auf tI gekühlt (Trockeneis -78°C, flüssiger Stickstoff ca. -190°C) 2. Schrumpfdehnverband: Außenteil (Nabe) wird vor dem Fügen auf tA erwärmt (in Öl bis ca. 350°C, in elektrisch oder gasbeheizte Öfen bis ca. 700°C, bei einfachen Teilen mit Gasflamme) Übliches Fügespiel etwa ΔD = 0,001DF Kombinationen von 1 und 2 möglich und sinnvoll bei großen Übermaßen. Demontage?? tU = Umgebungstemperatur αA, αI = lineare Wärmeausdehnungs-koeffizienten des Naben- bzw. Wellenwerkstoffs bei der mittleren Temperatur Anmerkung: Beim Abkühlen: Reifniederschlag auf der abgekühlten Welle entfernen, sonst vermindert das eingeschlossene Wasser den Reibschluss Beim Aufheizen eine eventuell vorausgegangene Wärmebehandlung berücksichtigen!

Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband und in: 3. (Druck-)ölpressverband: Fügen und/oder Lösen erfolgt durch Einpressen von Öl, das in der Fügezone einen hydrostatischen Druck aufbaut, die Fügepartner elastisch verformt und durch den Ölfilm in der Fügezone trennt (wird auch als Hydraulikmontage bezeichnet). Welle und Nabe müssen mit geeigneten Anschlüssen, Bohrungen und umlaufenden Rillen bzw. Öltaschen für das Zuführen von Drucköl versehen werden. Die Fügeflächen sind schwach kegelig (1:20 bis 1:30) zu gestalten. Die Nabe wird auf die Welle geschoben, das Drucköl eingepresst (p bis 2000 bar) und die aufgeweitete Nabe weiterverschoben. Nach Wegnahme des Öldrucks muss die axiale Fügekraft noch so lange (bis zu 2h) aufrechterhalten bleiben, bis das Öl vollständig aus der Fügefläche verdrängt ist. siehe auch DIN 15 055. Kurze Nabe: Eine Bohrung im Schwerpunkt des Nabenquerschnitts. Kleine Übung: Wie kann eine Vorrichtung zum Fügen/Montage aussehen? Lange Nabe: Mehrere Nuten, davon eine unter dem steiferen Flansch.

Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Erforderliches Übermaß, Übermaßpassung: Mit lassen sich das erforderliche Mindesthaftmaß Zmin und das größte zulässige Haftmaß Zmax berechnen. Unter Berücksichtigung des Übermaßverlustes ΔU ergeben sich die zur Auswahl der Übermaßpassung wichtigen Übermaße: Einfluss der Glättung auf das wirksame Übermaß: Mindestübermaß Höchstübermaß rer uu Um Unsicherheiten bei der Auslegung zu verringern: Rauhtiefen Rz möglichst klein halten. Abbildung: Steinhilper1993

Beispiel Übermaßpassung – Zylindrischer Pressverband Werkstoffhinweise: rer uu

Literaturangaben